能級(jí) 物質(zhì)是由原子組成,而原子又是由原子核及電子構(gòu)成。電子圍繞著原子核運(yùn)動(dòng)。而電子在原子中的能量不是任意的。描述微觀世界的量子力學(xué)告訴我們,這些電子會(huì)處于一些固定的“能級(jí)”,不同的能級(jí)對(duì)應(yīng)于不同的電子能量,離原子核越遠(yuǎn)的軌道能量越高。此外,不同軌道可最多容納的電子數(shù)目也不同,例如最低的軌道(也是最近原子核的軌道)最多只可容納2個(gè)電子,較高的軌道上則可容納8個(gè)電子等等。 2、躍遷電子可以通過吸收或釋放能量從一個(gè)能級(jí)躍遷到另一個(gè)能級(jí)。例如當(dāng)電子吸收了一個(gè)光子時(shí),它便可能從一個(gè)較低的能級(jí)躍遷至一個(gè)較高的能級(jí)。同樣地,一個(gè)位于高能級(jí)的電子也會(huì)通過發(fā)射一個(gè)光子而躍遷至較低的能級(jí)。在這些過程中,電子釋放或吸收的光子能量總是與這兩能級(jí)的能量差相等。由于光子能量決定了光的波長,因此,吸收或釋放的光具有固定的顏色。 3、自發(fā)輻射指高能級(jí)的電子在沒有外界作用下自發(fā)地遷移至低能級(jí),并在躍遷時(shí)產(chǎn)生光(電磁波)輻射,輻射光子能量為hv=E2-E1,即兩個(gè)能級(jí)之間的能量差。 這種輻射的特點(diǎn)是每一個(gè)電子的躍遷是自發(fā)的、獨(dú)立進(jìn)行的,其過程全無外界的影響,彼此之間也沒有關(guān)系。因此它們發(fā)出的光子的狀態(tài)是各不相同的。這樣的光相干性差,方向散亂。 4、受激吸收受激吸收就是處于低能態(tài)的原子吸收外界輻射而躍遷到高能態(tài)。 電子可通過吸收光子從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)。 普通常見光源的發(fā)光(如電燈、火焰、太陽等的發(fā)光)都是由于物質(zhì)在受到外來能量(如光能、電能、熱能等)作用時(shí),原子中的電子吸收外來能量而從低能級(jí)躍遷到高能級(jí),即原子被激發(fā)。激發(fā)的過程是一個(gè)“受激吸收”過程。 5、受激輻射受激輻射是指處于高能級(jí)的電子在光子的“刺激”或者“感應(yīng)”下,躍遷到低能級(jí),并輻射出一個(gè)和入射光子同樣頻率的光子。受激輻射的最大特點(diǎn)是由受激輻射產(chǎn)生的光子與引起受激輻射的原來的光子具有完全相同的狀態(tài)。它們具有相同的頻率,相同的方向,完全無法區(qū)分出兩者的差異。這樣,通過一次受激輻射,一個(gè)光子變?yōu)閮蓚(gè)相同的光子。這意味著光被加強(qiáng)了,或者說光被放大了。這正是產(chǎn)生激光的基本過程。光子射入物質(zhì)誘發(fā)電子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí),并釋放光子。入射光子與釋放的光子有相同的波長和相位,此波長對(duì)應(yīng)于兩個(gè)能級(jí)的能量差。一個(gè)光子誘發(fā)一個(gè)原子發(fā)射一個(gè)光子,最后就變成兩個(gè)相同的光子。 6、受激吸收和受激輻射之間的關(guān)系那么到底原子吸收外來的光子后,是表現(xiàn)為受激吸收呢還是受激輻射呢?在一個(gè)原子體系中,總有些原子處于高能級(jí),有些處于低能級(jí)。而自發(fā)輻射產(chǎn)生的光子既可以去刺激高能級(jí)的原子使它產(chǎn)生受激輻射,也可能被低能級(jí)的原子吸收而造成受激吸收。因此,在光和原子體系的相互作用中,自發(fā)輻射、受激輻射和受激吸收總是同時(shí)存在的。 如果想獲得越來越強(qiáng)的光,也就是說產(chǎn)生越來越多的光子,就必須要使受激輻射產(chǎn)生的光子多于受激吸收所吸收的光子。怎樣才能做到這一點(diǎn)呢?我們知道,光子對(duì)于高低能級(jí)的原子是一視同仁的。